Широкие возможности кожухотрубного теплообменника
- Давление в трубках может достигать разных значений, от вакуума до наивысших;
- Можно достичь необходимого условия по термическим напряжениям, при этом цена устройства существенно не поменяется;
- Размеры системы тоже могут быть различными: от бытового теплообменника в ванную комнату до промышленного площадью 5000 кв. м.;
- Нет необходимости предварительно очищать рабочую среду;
- Для создания сердцевины используют разные материалы, в зависимости от затрат на производство. Однако все они соответствуют требованиям температуры, давления и устойчивости к коррозии;
- Отдельный участок труб можно извлечь для чистки или ремонта.
Есть ли у конструкции недостатки? Не без них: кожухотрубчатый теплообменник весьма громоздкий. Из-за своих габаритов он нередко требует отдельного технического помещения. Ввиду большой металлоемкости стоимость изготовления такого устройства тоже велика.
Воздушный теплообменник
Подобная конструкция, которая устанавливается на дымоход теплогенерирующего устройства, как правило, состоит из металлического корпуса, в котором смонтировано несколько входных и выходных патрубков. Принцип действия данного вида теплообменника довольно прост.
Снизу, по принципу конвекции, холодный воздух, поступая в патрубки, после нагрева выходит из верхней части теплообменника непосредственно в отапливаемое помещение. Такой принцип действия дает возможность значительно увеличить эффективность теплогенерирующего устройства и в 2-3 раза уменьшить расход топлива.
Самостоятельно изготовить теплообменник на дымоход довольно просто, имея сварочный аппарат, болгарку, металлических труб различного диаметра, желания и умения обращаться с инструментом.
Материал:
- лист металла 350х350х1 мм;
- труба с диаметром в дюйм с четвертью и длиной 2,4 м;
- отрезок трубы с диаметром 50 мм;
- металлическая емкость или 20 л ведро от машинного масла.
Изготовление:
- создать торцевые детали, для чего нужно из листа металла вырезать окружности. Необходимо чтобы диаметр заглушек соответствовал диаметру емкости приготовленной заранее;
- посередине заглушки вырезается отверстие под 60 миллиметровую центральную трубу;
- разметить и вырезать по краям окружности отверстия под трубу в дюйм с четвертью;
- таких окружностей должно быть две;
- трубу диаметром1¼ болгаркой разрезать на 8 равных патрубков длиной примерно по 30 см;
- к центральному отверстию заглушек приварить 300 мм отрезок трубы диаметром 60 мм;
- по окружности приварить 8 отрезков 1¼трубы;
Должна выйти подобная конструкция
Далее понадобится сделать из приготовленной емкости корпус теплообменника. Для этого потребуется:
- дно емкости срезать при помощи отрезной машинки;
- по центру с боков корпуса сделать отверстие по диаметру дымоходной трубы;
- к боковым отверстиям корпуса необходимо приварить патрубки соответствующего диаметра;
- подготовленный сердечник вставить в корпус и сваркой скрепить его с кожухом. Готовую конструкцию необходимо окрасить термостойкой краской.
Теперь нужно установить теплообменник на трубу дымохода и наслаждаться теплом.
Также вы можете посмотреть на видео весь процесс изготовления теплообменника своими руками.
Жидкостные устройства
Во время изготовления жидкостных теплообменников для того чтобы сделать их более безопасными, сердечник помещается в металлический корпус. При этом в нем размещается утеплитель. Часто при создании описываемых устройств используется базальтовая вата.
Такие изделия закрепляются на дымоходе, что способствует нагреву теплоносителя. Если используется змеевик, его концы присоединяются к отопительной системе. Если изделие создается своими руками, следует делать змеевик из меди. Это связано с тем, что данный материал обладает высокой теплопроводностью.
Некоторые владельцы домов применяют металлические изделия, но для увеличения эффективности приходится значительно увеличивать размеры конструкции.
Циркуляция теплоносителя осуществляется следующим образом:
- сначала жидкость нагревается, в результате чего происходит увеличение ее объема;
- после этого она поднимается по змеевику;
- после этого жидкость направляется в радиатор;
- остывший теплоноситель вытесняется и направляется к нагревающему элементу.
Чтобы система работала эффективно, необходимо заранее рассчитать такие параметры, как длина нагревательного элемента и диаметр труб, используемых при создании системы. Если не учесть эти параметры, система не будет работать эффективно. В некоторых случаях из-за совершенных во время создания системы ошибок происходит гидроудар.
Устанавливая теплообменник на трубу дымохода, следует помнить о том, сто конструкция должна быть безопасной. Ее нагревающиеся части не должны соприкасаться с материалами, которые могут загореться.
Пошаговое руководство
Изготовление бесканального теплообменника
- Подготовьте емкость, лучше металлическую, пластиковая будет дольше нагреваться.
- Установите бак к началу системы отопления.
- Проделайте в емкости 2 отверстия для выходов. Одно – вверху, через которое горячая вода будет выводиться. Второе – внизу, холодная жидкость будет поступать из труб системы.
- Разместите выходы правильно, от этого будет зависеть скорость отдачи тепла.
- Запаяйте герметично отверстия, чтобы температура воздуха не тратилась на батарею, а помещение равномерно прогревалось.
- Для трубки используйте медь, она должна хорошо гнуться и отдавать максимально тепло в помещение.
- Согните трубку в форме спирали, получился змеевик.
- Поместите спираль в бак, концы трубки нужно вывести наружу, хорошо закрепить их.
- Подсоедините к концам деталей фитинг с резьбой.
- Подсоедините к трубе регулятор мощности, его можно купить в магазине, стоит недорого, поэтому на самостоятельном изготовлении не стоит зацикливаться.
- Система вполне будет работать исправно и без регулятора, но он нужен для регулирования мощности, экономии электроэнергии. Мощность можно выставить по своему усмотрению.
- Подсоедините к термостату клеммы, после чего – провода питания.
- Чтобы бак не изнашивался от перепадов температуры, установите анод.
- Закройте герметично все элементы.
- Наполните бак водой, теплообменник готов.
Принцип работы и функции теплообменника
Теплоносителем в теплообменнике может быть вода или антифриз
Жидкостное теплообменное устройство — это емкость, часть печной конструкции, оборудованная для подключения к трубопроводу. Бак нагревается, контактируя с продуктами сгорания топлива, и передает эту энергию воде. Вода, перемещаясь по системе, отдает тепло приборам отопления – радиаторам, от которых конвекционно прогревается воздух. Нагрев емкости может быть прямым или косвенным, а циркуляция теплоносителя – естественной либо принудительной.
Теплоноситель
Вместо воды часто применяют антифризы на основе этиленгликоля, пропиленгликоля, спирта или масла. Их основное достоинство — низкая температура замерзания, находящаяся в пределах от -30 до -70°C. Точные цифры зависят от химического состава и концентрации жидкости. Применение такой химии дает ряд преимуществ:
- защита элементов системы от повреждений вследствие разморозки;
- антикоррозийная защита, обусловленная соответствующими присадками;
- отсутствие абразивов, солей и прочих примесей, разрушающих (засоряющих) трубопровод или арматуру.
Некоторые теплообменники, например — для бани, обслуживают не только приборы отопления, но и душ или отдельный резервуар. Поэтому здесь используют воду. Во избежание разморозки устройство проектируют так, чтобы заливка воды не занимала много времени. Если же баню или сауну топят часто, а ограждающие конструкции утеплены качественно, проблема снимается.
Функции теплообменника
Функция теплообменного бака, как части печной конструкции – прием и передача тепла теплоносителю от продуктов горения. Но как элемент более широкой системы (отопления, водоснабжения) он решает несколько задач.
- Равномерно и экономично распределять тепло по обогреваемым помещениям.
- Обеспечить дом (дачу, коттедж, баню, квартиру и пр.) горячей водой.
- Аккумулировать тепловую энергию для использования при неработающей печке.
Тепловой аккумулятор, подключенный к теплообменнику для дровяной печи, накапливает энергию благодаря теплоемкости аккумулирующего агента. Поэтому изготовить его можно, изолировав любую емкость. Бочка, облитая монтажной пеной и частично заполненная щебнем или песком — это уже теплоаккумулятор. Если снабдить его четырьмя патрубками и правильно подключить, агрегат станет функциональным элементом системы.
Разновидности конструкции
Поверхностный теплообменник пользуется большой популярностью среди населения. Он встречается не только в жилых комнатах, но и промышленных цехах. Обычно он комбинирует несколько отопительных систем. В устройстве между собой взаимодействуют пар и вода, масла и неорганические вещества.
В свою очередь этот теплообменник делится на рекуперативные и регенеративные. Первый вариант работает от нагрева стен носителя. В случае со вторым все обстоит иначе. Принцип заключается в том, что горячий теплоноситель нагревает поверхность обменника, затем к стенкам, которые аккумулировали тепло, подводится холодный теплоноситель.
Смесительный. Здесь горячий носитель проникает в холодный. Благодаря смешению вырабатывается тепло и подается к элементам. Такой вид встречается практически редко.
Исключение составляет лишь солнечный водяной коллектор. При воздействии лучей носитель поступает в накопительную емкость, куда идет и горячее, и холодное водоснабжение. В результате обработки происходит повышение температуры.
Принцип работы
Без медного теплообменника не обходится ни одна отопительная система котлов. Принцип работы прост. Вода начинает циркулировать по змеевикам в трубах, нагревается, течет в трубопровод системы, в радиаторы, из которых возвращается назад, в уже остывшем виде.
В частных домах теплообменник устанавливают в целях превращения печки в водонагревательный котел
При самодельном устройстве важно учитывать размер и форму, чтобы обменник сочетался с габаритами камеры печки
К обменнику подключаются радиаторы, трубопровод, трубы нагреваются равномерно, тепло распределяется по всему дому.
Для чего нужен теплообменник?
Нужно разделять, что для теплообменников различают два вида конструкции. Например, водяной контур считается внутренним, так как устанавливается непосредственно на котел. А вот второй тип – внешний, предназначен для установки на дымоходе.
Абсолютно все виды этих приспособлений должны заполняться жидкостью. То есть в обычном понимании – это своеобразный бак, который может быть размещен на дымоходе, к нему подведены трубы, по которым после горячая вода попадает в радиаторы или баки. Получается, что даже тепловая энергия от выходящих газов сохраняется и дает пользу. Тем самым происходит полный процесс с безотходным циклом. Съем тепла трубы дымохода, как уже говорилось, происходит при помощи подведенных труб, одна поставляет холодную воду, а другая ведет к баку или батареи уже горячую, нагретую воду.
Воздушный бак
Усовершенствовать обычную буржуйку или банную печь с прямым дымоходом можно, если установить на воздушный теплообменник на дымоход. Он представляет собой цилиндрический корпус, по которому проходят несколько полых труб. Подсос воздуха происходит снизу, нагреваясь в трубе, он выходит из теплообменника, увеличивая КПД печи на 15-20%. Воздуховоды можно вывести в соседнее помещение, обогрев таким образом от одной печи несколько комнат или секций гаража.
Видео: как сделать воздушный теплообменник на дымоход
Еще одна оригинальная конструкция печи с воздушным теплообменником на дымоходе для отопления гаража показана в видео-ролике. С помощью такой печки можно отопить не только гараж, но и любой хозяйственное помещение, включая сельскохозяйственные постройки и теплицы.
Из гофротрубы
Дешевый и простой способ устройства воздушного теплообменника — использование для этой цели гофрированных вентиляционных труб. Их оборачивают вокруг неутепленной части дымохода, в результате воздух в гофре прогревается и за счет тепловой конвекции поступает в соседние комнаты. Чтобы гофротруба прогревалась эффективнее, можно обернуть ее вместе с дымоходом несколькими слоями фольги.
Система с гофротрубой удобна для отопления гаража, в котором установлена простая буржуйка из чернового металла. Такая печь быстро нагревает воздух, но он поднимается к потолку, из-за чего на уровне пола температура остается низкой. Если вывести воздуховоды ближе к полу, можно создать естественную циркуляцию нагретого воздуха, и во всем объеме гаража температура станет примерно одинаковой.
Теплообменник колпакового типа
Теплообменники в виде колпака обычно используют для отопления мансарды или второго этажа. Принцип его действия заключается в том, что нагретый от дымохода воздух поднимается под потолок, где задерживается колпаком и, постепенно остывая, опускается вниз, в комнату.
Колпак можно выполнить или оцинкованного металла или огнестойкого гипсокартона и вывести воздуховоды в нужном месте. Иногда колпак декорируют камнями, которые, нагреваясь, служат дополнительным теплоаккумулятором.
Виды устройств
Среди воздушных видов классической моделью для самостоятельной сборки является трубчатый теплообменник. Но есть и большое количество других видов. Они остаются актуальными для дымохода у печек долгого горения, небольших по размеру буржуек, печек на отработке. Их преобразованное из энергии горения тепло называется сухим. Трубы к топке могут привариваться по горизонтали и вертикально. Вертикальная локализация в разы эффективнее, потому что воздух лучше идет через каналы. Материал обычно сталь.
Еще один вид теплообменника – труба, обвивающая топку. Для правильной отдачи тепла требуется 2-3 завитка. Они немного раздвигаются, увеличивая площадь обогрева. Производительность соответствует разнице уровня входа и поступления воздуха. Тяга соответствует разнице температур, поэтому отверстие под забор зачастую выводится на улицу.
Змеевик
Перегородки в корпусе – тоже разновидность теплообменника. Характерный лабиринт сооружается из вертикальных металлических пластин. Оптимальная толщина каждой детали 6-8 мм. Входное и выходное отверстия воздуховода формируются друг напротив друга, сверху приваривается крышка для герметичности корпуса.
Перегородки в корпусе
Следующий вариант – трубы, которые проходят через топку. Конструкция сооружается уже на этапе сборке самодельного устройства, до приваривания стенок. Каналы располагаются параллельно на одинаковом расстоянии. Сечение труб не меньше 50 мм.
Трубы через топку
В вертикальных каналах воздух движется активнее, поэтому повышает производительность. Реже оказываются уместными горизонтальные каналы или перегородки. Любая описанная схема подойдет для конструирования, при условии наличия навыка сварочных работ.
Принцип работы печи с теплообменником
Ниже будут рассматриваться три варианта:
- внутренний змеевик;
- внешний бак;
- расположенный на дымоходе.
Внутренний змеевик
Теплообменники для бани такого типа отличаются тем, что монтируются в специально отведенном месте печи. Чаще всего он изготавливается из стальной трубы и устанавливается так, чтобы на него не воздействовала энергия пламени напрямую. Более того, он не входит в зону с максимальной температурой. Оптимальным вариантом является монтаж бака на пути движения дыма. Это позволяет увеличить срок эксплуатации оборудования.
Достоинством внутреннего змеевика выступает хорошее сбережение тепла. Вода будет подогреваться пока стальные или кирпичные стенки нагреты. На корпусе печи для бани имеются соединительные патрубки, к которым присоединяются элементы водяного отопления и трубопровода к выносной емкости. Подобный вариант обеспечивает нагрев жидкости значительно быстрее, чем другие варианты, но не нужно использовать его для маленьких печей. КПД будет постепенно уменьшаться из-за быстрого вылета нагретых газов через дымоход.
Внутренний змеевик эффективно показывает себя в кирпичных банных печах, которые имеют несколько ходов. Таким образом достигается качественный обогрев предбанника и душевой.
Внешний бак
Подобная емкость, сделанная из нержавеющей стали, может располагаться в непосредственной близости от печи. Дополнительная тепловая энергия будет поступать от инфракрасного излучения, и вода сможет нагреваться в баке быстрее. В качестве преимущества можно выделить простоту установки.
Недостатком является плохая передача тепловой энергии помещению парной. Помимо этого, постоянно требуется холодная вода, чтобы доливать ее в емкость.
Теплообменник на дымоходе
По принципу действия такой вариант наиболее выгоден. Минимальное КПД агрегата не меньше 60%. Высокие показатели энергоэффективности достигаются из-за того, что бак не влияет на правильную работу банной печи. Нагревательные процессы проходят после сжигания топлива, непосредственно отработанным газами.
Большинство промышленных производителей банных печей с теплообменниками используют такой способ нагрева воды. Установка бака проводится легко, единственный недостаток заключается в громоздком виде и необходимостью постоянно доливать воду.
Как самостоятельно изготовить устройство
Несложный змеевик несложно изготовить самостоятельно из медной трубки. Для дымохода диаметром 100 мм подойдет медная трубка с диаметром ¼ дюйма и длиной 3-4 м. К концам трубы следует припаять фитинги с резьбой. Затем трубку заполняют мелким песком, закручивают их и обматывают дымоход.
Между витками желательно оставлять небольшое расстояние – тогда труба от дымохода будет нагреваться и теплопередачей, и инфракрасным излучением. Эту работу удобно выполнять с помощником. Затем песок из трубы вымывают водой под давлением. Присоединяют трубы, ведущие к радиаторам и расширительному баку.
Теплообменник Кузнецова выполняют при помощи сварки. Самый простой вариант – изготовить корпус из газового баллона или трубы большого диаметра.
Для изготовления понадобятся следующие материалы:
- Газовый баллон, труба большого диаметра (300 мм) для корпуса.
- Труба диаметром 32 мм (одну заготовку лучше взять большего диаметра – до 57 мм). Длина заготовок – 300-400 мм, общее количество должно быть достаточно для вырезания заготовок.
- Два небольших патрубка одного диаметра с диаметром дымохода; желательно использовать трубу дымохода – если дымоход сборный, то с одной стороны конструкции патрубок будет с раструбом, который необходим для монтажа теплообменника.
- Два фрагмента стального листа, достаточных, чтобы вырезать заглушки торцов корпуса.
Технология изготовления воздушного теплообменника:
- Большая труба или баллон обрезается в нужный размер.
- Нарезаются 9 заготовок такой же длины из тонких труб.
- Вырезаются круги для заглушек.
- В кругах вырезаются 9 отверстий для труб маленького диаметра; если берется одна трубка большего диаметра, то отверстие для нее вырезается в центре.
- Тонкие трубы вставляются в отверстия заглушек, наживляются при помощи сварки, затем привариваются.
В корпусе по бокам вырезаются отверстия с диаметром, равным диаметру дымохода.
Конструкция из тонких трубок и заглушек вставляется в корпус и проваривается по стыку заглушек и корпуса из большой трубы.
В отверстия по бокам корпуса вставляются патрубки и также провариваются.
Какие материалы можно использовать
Идеальный вариант – нержавеющая сталь (например, пищевая аустенитная нержавейка 08Х18Н10 или AISI 304) или медь. Изделия промышленного производства иногда изготавливают из титана. Но цена на эти материалы достаточно велика. Зато они долговечны, не ржавеют, надежны и прочны. Если у вас буржуйка в гараже или самодельная каменка из подручных материалов в бане, вполне возможно применить и черный металл (углеродистую сталь).
Можно применить качественную гофрированную трубу из нержавейки. Оцинкованная гофра – нежелательный и недолговечный вариант. Для змеевика можно применять и алюминиевые трубы (только не для дымоходов твердотопливных печей).
Иногда применяют и оцинкованную сталь, но следует иметь в виду, что при сварочных работах слой цинка испаряется, и все преимущества оцинковки (стойкость к коррозии) сходят на нет. При температуре выше 400 °С цинк начинает испаряться (пары цинка токсичны), поэтому не стоит применять оцинковку для теплообменников на дымоходах твердотопливных котлов.
Воздушный бак
Усовершенствовать обычную буржуйку или банную печь с прямым дымоходом можно, если установить на воздушный теплообменник на дымоход. Он представляет собой цилиндрический корпус, по которому проходят несколько полых труб. Подсос воздуха происходит снизу, нагреваясь в трубе, он выходит из теплообменника, увеличивая КПД печи на 15-20%. Воздуховоды можно вывести в соседнее помещение, обогрев таким образом от одной печи несколько комнат или секций гаража.
Видео: как сделать воздушный теплообменник на дымоход
Еще одна оригинальная конструкция печи с воздушным теплообменником на дымоходе для отопления гаража показана в видео-ролике. С помощью такой печки можно отопить не только гараж, но и любой хозяйственное помещение, включая сельскохозяйственные постройки и теплицы.
Из гофротрубы
Дешевый и простой способ устройства воздушного теплообменника — использование для этой цели гофрированных вентиляционных труб. Их оборачивают вокруг неутепленной части дымохода, в результате воздух в гофре прогревается и за счет тепловой конвекции поступает в соседние комнаты. Чтобы гофротруба прогревалась эффективнее, можно обернуть ее вместе с дымоходом несколькими слоями фольги.
Система с гофротрубой удобна для отопления гаража, в котором установлена простая буржуйка из чернового металла. Такая печь быстро нагревает воздух, но он поднимается к потолку, из-за чего на уровне пола температура остается низкой. Если вывести воздуховоды ближе к полу, можно создать естественную циркуляцию нагретого воздуха, и во всем объеме гаража температура станет примерно одинаковой.
Теплообменник колпакового типа
Теплообменники в виде колпака обычно используют для отопления мансарды или второго этажа. Принцип его действия заключается в том, что нагретый от дымохода воздух поднимается под потолок, где задерживается колпаком и, постепенно остывая, опускается вниз, в комнату.
Колпак можно выполнить или оцинкованного металла или огнестойкого гипсокартона и вывести воздуховоды в нужном месте. Иногда колпак декорируют камнями, которые, нагреваясь, служат дополнительным теплоаккумулятором.
Советы на будущее
Для того чтобы на стенках труб не образовывались пласты накипи, в качестве теплоносителя профессионалы рекомендуют брать дистиллированную воду. Получить ее очень просто, особенно когда подключен обменник «труба в трубе». Благодаря ему образуется пар, в котором нет примесей и других веществ.
Если хозяин планирует подключить к котлу самодельный теплообменник, работающий от газа, ему следует проявить предельную осторожность, особенно во время сборки. Образовавшийся зазор способен пропустить угарный газ в помещение
А это чревато опасностью для здоровья и жизни.
Стоит помнить о том, что еще на этапе проекта необходимо рассчитать размеры агрегата. В котлах площадь сечения патрубка не должна быть больше диаметра теплообменника.
Расчеты мощности
Самостоятельно рассчитать мощность рекуператора при отсутствии исходных данных (мощности печи, температуры и количества исходящих газов в единицу времени, площади соприкосновения теплообменника и металла дымохода, скорости прохождения воздуха или воды через устройство) практически невозможно . Можно измерить мощность уже смонтированного теплообменника.
Ориентировочно стоит рассчитывать на то, что теплообменник на дымопроводе твердотопливной печи или камина прогреет пару небольших радиаторов, повысит температуру в гараже или сделает теплее комнату в мансарде, предбанник в бане.
Воздушный бак
Усовершенствовать обычную буржуйку или банную печь с прямым дымоходом можно, если установить на воздушный теплообменник на дымоход
Видео: как сделать воздушный теплообменник на дымоход
Еще одна оригинальная конструкция печи с воздушным теплообменником на дымоходе для отопления гаража показана в видео-ролике. С помощью такой печки можно отопить не только гараж, но и любой хозяйственное помещение, включая сельскохозяйственные постройки и теплицы.
Из гофротрубы
Дешевый и простой способ устройства воздушного теплообменника — использование для этой цели гофрированных вентиляционных труб. Их оборачивают вокруг неутепленной части дымохода, в результате воздух в гофре прогревается и за счет тепловой конвекции поступает в соседние комнаты. Чтобы гофротруба прогревалась эффективнее, можно обернуть ее вместе с дымоходом несколькими слоями фольги.
Система с гофротрубой удобна для отопления гаража, в котором установлена простая буржуйка из чернового металла. Такая печь быстро нагревает воздух, но он поднимается к потолку, из-за чего на уровне пола температура остается низкой. Если вывести воздуховоды ближе к полу, можно создать естественную циркуляцию нагретого воздуха, и во всем объеме гаража температура станет примерно одинаковой.
Теплообменник колпакового типа
Теплообменники в виде колпака обычно используют для отопления мансарды или второго этажа. Принцип его действия заключается в том, что нагретый от дымохода воздух поднимается под потолок, где задерживается колпаком и, постепенно остывая, опускается вниз, в комнату.
Колпак можно выполнить или оцинкованного металла или огнестойкого гипсокартона и вывести воздуховоды в нужном месте. Иногда колпак декорируют камнями, которые, нагреваясь, служат дополнительным теплоаккумулятором.
